1前言
高原藏区冰川与河流形成的冰积物和冲洪积物分布极为广泛，在河道中形成的松散覆盖层具有厚度大、多层结构并含有透镜体、孤石、漂石杂乱分布的复杂特征。近年来随着水电开发重点向高原藏区转移，在覆盖层上建混凝土坝的情况越来越多。高原藏区众多河流河床覆盖层较深，水电站设计基于保留河床覆盖层的坝基设计理念，减少坝基大开挖，一定程度上可节约工期及投资，但势必带来工程技术难度，坝基深厚覆盖层渗控难度大。
根据已建项目调研，混凝土防渗墙是我国深厚覆盖层上混凝土坝、闸坝的主要基础防渗形式。我国覆盖层上闸坝的防渗墙深度一般在30m～50m之间，个别工程防渗墙深度达到80m，防渗墙厚度一般为0.8m～1.0m。
坝基深厚覆盖层的渗漏和渗透稳定，对水电站的安全运行有重要的意义。本文对高原藏区某水电站做全面的渗流场分析，针对该工程的特点，对防渗墙深度、长度进行敏感性分析，得出有规律的结论，对类似工程具有一定的指导意义。
2工程概况
高原藏区某水电站采用坝式开发方式，枢纽布置格局方案为右岸混凝土闸坝+左岸河床式厂房，主要建筑物从左到右依次为左岸河床式厂房坝段、左导墙坝段、左泄洪闸坝段、右导墙坝段、右泄洪闸坝段、右岸非溢流坝段。泄洪闸和右导墙坝段、右岸非溢流坝段基础布置于右岸阶地，坝基为覆盖层，覆盖层厚度50m~100m，该部位最大坝高45m；厂房坝段及左导墙坝段坝基为基岩，该部位最大坝高91m。水库正常蓄水位3152.00m，死水位3150.00m，正常蓄水位以下库容1.237亿m3，调节库容0.16亿m3，具有日调节性能。
坝址河谷两岸不对称，左岸为一突出的山脊，右岸为冰川堆积阶地，宽500～700m，阶地后缘与基岩山体相连，山体雄厚。右岸高程3185m以下为堆积阶地岸坡，发育三级阶地，其中Ⅰ、Ⅱ级阶地遭到破坏，地貌上不甚明显，发育规模也相对较小，从Ⅲ级阶地前缘高程3170m一直到河漫滩高程3125m，地形上呈一斜坡，斜坡坡度10°左右，Ⅲ级阶地保留完好，阶面宽阔，最大宽度达490m，阶面高程3170～3180m，后缘高程达3182m。经对勘探资料分析，根据形成年代、成因及物质组成，河谷覆盖层层次结构复杂，自下而上可划分为5层，坝址区河床覆盖层各土层力学及渗透特性参数值见表2-1。
3渗流场有限元计算分析
3.1计算方案
该闸坝拟采用防渗墙方案，对防渗墙长度、深度进行排列组合组成10种计算方案，各计算方案详见表3.1-1。计算时，防渗墙厚度均采用1米，运行期上下游水位取正常蓄水位情况，上游正常蓄水位为3152m，对应下游水位为3121.3m，上下游水头差为30.7m。以方案W-4、W6为例防渗墙布置方式见图3.2-1-2。
图3.1-1 W -4:防渗墙沿坝轴线长度方向向右延伸150m，墙深入基岩，最大深度102m
图3.1-2 W-6:防渗墙右岸延伸长度200m，深50m（墙底高程3062m）
3.2结果分析
针对拟定的防渗墙布置方案，分别从防渗流场、渗透比降、渗透流量方面进行分析。
3.2.1坝址区渗流场分析
图3.2-1 渗流总水头等值线图（单位：m）
从各方案的坝址区渗流水头等值线来看，坝址区渗流场的分布规律较为明确，闸坝后浸润面较为平缓，呈现河床中央较低、左右岸较高的趋势，最低位置出现在河床中央部位。防渗墙削减水头现象在右岸坝端最明显。由表3.3-1可见，在防渗墙向右岸延伸长度分别为150m、200m、300m、延伸至右岸，深入基岩方案中（W-1~W-4），防渗墙分别削减水头62.9%、72.3%、82.1%、92.8%；防渗墙向右岸延伸长度分别为150m、200m、300m、延伸至右岸，墙深度50m（W-5~W-8），防渗墙分别削减水头49.8%、55.7%、59.3%、61.9%；防渗墙向右岸延伸长度分别为200m，深度为30m时（W-9），防渗墙削减水头48.9%。
从坝址区渗流场防渗墙上下游水头削减情况来看，比较所有方案可知，右岸防渗墙深度变化对防渗墙水头削减作用影响最大，长度变化次之。
备注：防渗墙削减水头百分率指的是防渗墙上、下游面节点水头差与上下游水位差的比值。防渗墙上、下游水位差为30.7m。
3.2.2右坝肩和坝基的渗透坡降分析
表3.3-2各方案下防渗墙的最大平均渗透可看出，对于右岸防渗墙布置方案中防渗墙向右岸延伸长度分别为150m、200m、300m、延伸至右岸、深入基岩方案中（方案W-1~W-4），防渗墙最大平均渗透坡降（发生在桩号0+000）分别为19.00、22.05、25.25、27.77；防渗墙向右岸延伸长度分别为150m、200m、300m、延伸至右岸、墙深度50m（方案W-5~W-8），防渗墙最大平均渗透坡降（发生在桩号0+000）分别为14.75、16.29、17.23、18.04；防渗墙向右岸延伸长度分别为200m、深度为30m（方案W-9），防渗墙最大平均渗透坡降为14.46。
根据各方案计算结果，当防渗墙底部伸入基岩时，防渗墙延伸长度的变化对防渗效果影响明显；当防渗墙底部为悬挂式时，防渗墙延伸长度的变化对防渗效果影响相对不明显。
备注：防渗墙渗透坡降为防渗墙上下游的水头差与墙厚之比，平均渗透坡降为防渗墙纵断面上，各点渗透坡降的平均值。
3.2.3渗透流量
各方案下的渗流量按左岸，坝基覆盖层区域和右岸三个部分分析。各方案各部分的渗流量如表3.2-3所示。由表可知，同一工况不同位置的渗透流量，因左岸坝肩地质条件较好，渗透流量很小，坝基和右岸由于深覆盖层的存在，渗透流量占总渗透流量的比值较大。
对比结果表明，防渗墙流量受防渗墙长度、深度两个方向变化影响。防渗墙向右岸延伸一定长度、向基岩延伸一定深度，可从长度和深度两个方向截断整个河床覆盖层，有效降低坝肩特别是右坝基的渗漏量，改善覆盖层的渗透稳定性。防渗墙向右延伸到一定长度后，从长度方向可更加有效地截断渗漏量，使得防渗墙长度变化对渗流量影响增加。
3.3推荐方案
在深厚覆盖层上建混凝土坝，基础的防渗处理尤为重要。从工程设计角度，坝基渗流控制的主要目的是确保坝基稳定性和控制坝基的渗漏量。为保证深厚覆盖层基础的渗透稳定，确保工程建筑物安全可靠运行，防渗墙向右岸延伸合适的长度，拟定为300m；防渗深度至下伏基岩，防渗墙厚度为1m。
结论
高原藏区河流覆盖层深厚，基于保留河床覆盖层的水电站坝基设计理念，减少坝基大开挖，一定程度上可节约工程投资及缩短工期，但存在坝基渗控体系设计问题。本文以高原藏区某水电站为例根据坝区深厚覆盖层的渗透特性结合水文地质条件，拟定采用防渗墙方案，进行长度、深度进行敏感性分析，通过计算分析揭示深厚覆盖层渗流场特点，得出一定规律的计算结论，本文可为类似工程提供一定的指导思路。
参考文献：
[1]沈振中. 基于变分不等式理论的渗流计算模型研究[D]. 南京：河海大学硕士学位论文, 1993.
[2]速宝玉,沈振中,赵坚. 用变分不等式理论求解渗流问题的截止负压法[J]. 水利学报, 1996, (3): 22-29.
[3]彭华，陈胜宏．饱和-非饱和岩土非稳定渗流有限元分析研究[J]．水动力学研究与进展，2002，17(2)：253-259.
[4]吴梦喜，高莲士．饱和-非饱和土体非稳定渗流数值分析[J]．水利学报，1999：38-42.
[5]张家发．三维饱和非饱和稳定非稳定渗流场的有限元模拟[J]．长江科学院院报,1997,14(3):35-38.
[6]吴宏伟,陈守义,庞宇威．雨水入渗对非饱和土坡稳定性影响的参数研究[J]．岩土力学,1999,20(1):1-14.
[7]朱伟,山村和也．降雨时土堤内的饱和-非饱和渗流及其解析[A]．中国土木工程学会第八届土力学及岩土工程学术会议论文集[C]．北京:万国学术出版社,1999.
[8]朱岳明,龚道勇．三维饱和-非饱和渗流场求解及其逸出面边界条件处理[J]．水科学进展, 2003,14(1):67-71.
[9]郭江涛, 张爱军. 深厚覆盖层上土石坝的渗流控制方案研究[J]. 干旱地区农业研究, 2012.
作者简介：
张俊（1988-10），男，四川成都人，助理工程师，本科，工程建设部副主任，从事水利水电工程施工和管理工作；
康向文（1981-8），男，湖南新化人，高级工程师，硕士，党委委员、副总经理，从事水利水电工程管理工作；
刘永奎（1981-12），男，四川成都人，高级工程师，本科，工程建设部副主任，从事水利水电工程管理。
